Metoda výpočtu trakční a rychlostní charakteristiky vozidla s hydromechanickým převodem na počítači

Nguyen H.T. Metoda výpočtu trakčních a rychlostních charakteristik vozidla s hydromechanickým převodem pomocí počítače // Universum: technické vědy: elektronika. vědecký časopis 2018. č. 3 (48). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/5644 (přístup: 10.02.2025).

Přečtěte si článek:

ANOTACE

Článek představuje analytickou metodu pro studium vlivu konstrukčních parametrů převodovky na trakční rychlostní charakteristiky vozidla s hydromechanickou převodovkou (HMT). Autor vyvinul program pro výpočet trakční-rychlostní charakteristiky pomocí softwaru Matlab 2014 a provedl výpočty pro vozidlo GAZ-21 s plynovou turbínou.

Abstrakt

Článek představuje analytickou metodu pro studium vlivu konstrukčních parametrů převodovky na trakční rychlostní charakteristiky vozu s hydromechanickým převodem. Vyvinul program pro výpočet charakteristik trakční rychlosti pomocí softwaru Matlab 2014 a provedl výpočty pro vůz GAZ-21 s hydromechanickou převodovkou.

Klíčová slova: hydromechanická převodovka, motor, transformátor, trakční rychlostní charakteristiky.

Klíčová slova: hydromechanická převodovka, motor, měnič točivého momentu, trakční charakteristika.

1. úvod

Hydromechanické převodovky (HMT) jsou široce používány ve vozidlech různých typů a účelů. Od mechanického se HMT liší tím, že navíc obsahuje hydrodynamickou převodovku (měnič točivého momentu nebo kapalinovou spojku). Pokud má převodovka měnič točivého momentu (TC), nelze metodu použitou k výpočtu mechanické převodovky použít k výpočtu tažné síly [1; 6], protože hydraulický převod neposkytuje jednoznačný vztah mezi frekvencí otáčení klikového hřídele a turbíny, pevně spojené s hnacími koly. Pro konstrukci trakční charakteristiky vozidla je proto nutné použít výstupní charakteristiky systému ICE-GDT. Tyto charakteristiky představují výkonové závislosti N_T a točivý moment M_T na hřídel turbínového kola z frekvence otáčení turbíny n_N když je motor plně zásoben palivem. Významy n_T, M_T lze získat buď přímo z grafů [1; 3-6], nebo vypočítat analyticky. Použití grafických metod pro vykreslení výstupní charakteristiky transformátoru však zabere hodně času, než se analyzuje vliv konstrukčních parametrů převodovky na trakční charakteristiky vozu s plynovou turbínou.

Tento článek představuje analytickou metodu pro výpočet trakční-rychlostní charakteristiky odporu vozidla s plynovou turbínou pomocí softwaru Matlab 2014 Tato metoda poskytuje rychlé a přesné výpočty a umožňuje studovat vliv konstrukčních parametrů převodovky na trakční charakteristiky vozidla s plynovou turbínou.

2. Materiál a pracovní metody

Obrázek 1. Schéma hydromechanického přenosu

Obrázek 1 ukazuje obecné schéma převodovky vozidla s pohonem zadních kol s uspořádáním kol 4×2. Zde je ICE spalovací motor; SP – odpovídající převod; GDT – hydrodynamický transformátor; H – čerpadlové kolo; T – kolo turbíny; R – reaktorové kolo; MKP – manuální převodovka; GP – závěrečná jízda.

Pro výpočty trakčních a rychlostních vlastností vozidla s hydraulickou převodovkou, zejména s využitím počítače, je výhodnější použít negrafické závislosti výkonu a točivého momentu M_T na turbínové kolo z frekvence otáčení n_T, ale analytické. Pro stanovení souřadnic bodů společného provozu spalovacího motoru a převodu plynu analytickou metodou budeme postupovat následovně.

Předpokládejme, že vnější rychlostní charakteristiku spalovacího motoru popisuje rovnice navržená S.R. Leiderman [1; 5; 6].

kde a, b, c– koeficienty závisí na typu a konstrukčních vlastnostech motoru; k_V – koeficient odběru výkonu.

Točivý moment na klikovém hřídeli motoru je určen vzorcem:

Pro stanovení výstupních charakteristik systému ICE-GDT je ​​nutné znát bezrozměrnou charakteristiku GDT. Bezrozměrná charakteristika motoru s plynovou turbínou určuje závislost účinnosti, transformačního poměru na převodovém poměru, . Tyto charakteristiky jsou obvykle odvozeny z výsledků zkoušek konkrétních motorů s plynovou turbínou [1; 3; 5].

Abychom usnadnili výpočet na počítači, uvažujme zjednodušenou metodu [1] pro určení bezrozměrné charakteristiky motoru s plynovou turbínou. Pomocí zjednodušené metody pro určení transformačního poměru použijeme závislost [1]

kde:B₁, B₂ – koeficienty charakterizující geometrii systému lopatek transformátoru; e_H – stupeň využití pracovního objemu čerpadla; – převodový poměr měniče momentu.

Hodnoty B₁, B₂, e_H, lze určit podle vzorců:

kde – relativní délka průmětu středové osy kanálu čerpadla; – délka průmětu středové osy kanálu čerpadla do poledníkové roviny; – relativní poloměry pracovních kol; r_i – průměrné poloměry pracovních kol; b_i – úhly sklonu lopatek kol. Indexy geometrických parametrů transformátoru udávají: Н – čerpadlo; Т – turbína; 1 – vstup do kola; 2 – výstup z kola; с_o – koeficient charakterizující odchylku skutečného diagramu meridionálních rychlostí od diagramů ekvivelocity; – koeficient charakterizující odchylku lopatek čerpadla od radiálního směru; е= 2,718; – koeficient charakterizující tvar cirkulačního kruhu; – relativní zakřivení lopatek kol; – poměr aritmetických středních poloměrů turbíny a čerpadla.

Účinnost transformátoru a koeficient točivého momentu čerpadla jsou určeny vzorcem:

Hodnoty V_H lze určit podle vzorců:

kde V_H – pracovní objem čerpadla; F_Hcp – průměrná celková plocha živých průřezů kanálů čerpadla; Y_H – koeficient omezení živého průřezu lopatek pracovního čerpadla.

Znát smysl l_Н, je možné určit krouticí moment kola čerpadla GDT pomocí vzorce [3; 5; 6]:

kde l_Н – koeficient momentu kola čerpadla; r – hustota pracovní kapaliny, D_a – aktivní průměr HDP.

Při připojení kola čerpadla k hřídeli ICE přes odpovídající převod v ustáleném stavu М_Н=M_е. i_c; n_Н=n_е/ i_c. Pak na základě rovnic (2) и (6) získáme systém nelineárních algebraických rovnic:

Neznámé hledané v těchto rovnicích jsou М_Н и n_Н:

Znát významy М_Н и n_Нje možné vypočítat hodnoty parametrů výstupních charakteristik systému ICE – GDP:

Poté se trakční a rychlostní charakteristiky vozidla vypočítají takto:

kde Р_К – tažná síla na hnací kola; Р_С – odporová síla; D – dynamický faktor; V_a – rychlost vozidla; K_w – faktor zefektivnění.

Řešení vzorců (1-9) na počítači pomocí softwaru vám umožní rychle určit trakční a rychlostní charakteristiky vozidla a studovat vliv parametrů motoru s plynovou turbínou a převodovky na kvalitu trakce vozidla.

3. Výsledky a jejich diskuse

Jako příklad výpočtu je vzata převodovka vozidla GAZ-21 s plynovou turbínou [4; 6]. Geometrické parametry transformátoru jsou uvedeny v tabulce. 1 [1].

Tabulka 1.

b ( gran)

Trakční výpočet kolejových strojů, výpočet trakčních charakteristik. Výpočet trakce kolejového stroje se provádí pro posouzení trakčních schopností stroje pro zajištění stabilního pohybu nebo pro zahájení pohybu pomocí použitých tažných prostředků (dieselová lokomotiva, univerzální trakční modul (UTM) nebo dvojice hnacích kol vlastního stroje).

Stroj se může pohybovat v pracovním režimu, provádění technologických operací, nebo v dopravním režimu. Některé traťové stroje fungují jako součást služebního vlaku nebo komplexu, zatímco jiné se pohybují samostatně.

Aby byl zajištěn pohyb stroje, musí být splněny následující podmínky:

kde F_к — tangenciální tažná síla (tažná síla vyvinutá na kontaktech párů hnacích kol a kolejnic), N; K_з — součinitel bezpečnosti pohybu, charakterizující přebytek tažné síly pro nezapočítané odpory (K_з = 1,15 … 1,2); W_ei — odolnost proti pohybu posádky i-tého vozidla, N; W_рj — odpor spojený s provozem j-tého pracovního prvku, N.

Stroj nebo komplex vzájemně propojených pohyblivých jednotek je uzavřený systém, který může změnit svůj klidový nebo pohybový stav pouze působením vnější síly.

Uvažujme interakci dvojkolí a povrchu kolejnice, znázorněnou na obr. 1.

Síly působící na kolo v trakčním režimu

Při jízdě v trakčním režimu se točivý moment přenáší z hnací strany na dvojici kol M_Т, jehož hodnota závisí na charakteristice hnacího motoru a převodovky.

Tvoří dvojici aktivních sil F_Т = F_Р, působící na rameni R_К. Pevnost F_Р považujeme ji za použitou v místě kontaktu mezi kolem a kolejnicí a druhým F_Т – ve středu skříně nápravy. V místě dotyku působí kolejnice reaktivní vynutit F_к, jehož hodnota se rovná F_Р.

Výpočet trakčních charakteristik

Nevyvážená síla se tak přenáší přes skříň nápravy na rám podvozku. F_Т, který uvede auto do pohybu. Velikost rozvinutého okamžiku M_Т závisí na výkonu hnacího motoru N_д, kW, účinnost přenosu trakčního výkonu h a rychlost jízdy V_м, m/s. Maximální tažná síla vyvinutá při pohybu danou rychlostí, N:

Výpočet tahu kolejových strojů na druhé straně jalová síla F_к, nazývaná tangenciální tažná síla, je omezena adhezí na kontaktu kola a kolejnice, N:

kde ψ je součinitel adheze v kontaktu mezi kolem a kolejnicí; G_ss — adhezní hmotnost hnacího vozidla nebo hmotnost přenášená na dvojice hnacích kol, kN. F_к max — maximální možná tangenciální tažná síla za podmínek adheze, N.

Doporučuje se určit koeficient adheze pomocí vzorce:

kde v_м — rychlost pohybu, km/h.

Při nesplnění podmínky dochází ke smyku dvojkolí s výrazným snížením tažné síly, neboť adheze v kontaktu mezi kolem a kolejnicí přechází v klouzání.

Odpor posádky vozidla při pohybu danou rychlostí se skládá z hlavního a doplňkového odporu proti pohybu:

kde W₁ — hlavní odpor proti pohybu spojený s třením v pojezdovém ústrojí a pohybem po nerovném povrchu vozovky, N; W₂ — dodatečný odpor vůči pohybu spojený s překonáním svahu (pohyb do kopce), N; W₃ — přídavný odpor spojený s pohybem stroje v zatáčce, N.

Hlavní odpor proti pohybu vozidla nebo složité posádky, N:

kde w_1i — hlavní specifický odpor proti pohybu i-té pohyblivé jednotky komplexu, v závislosti na konstrukci podvozku, N/kN; G_i — hmotnost i-té pohyblivé jednotky komplexu, kN.

Hodnota hlavního specifického odporu proti pohybu se vybírá z tabulky. 1

Tabulka 1. Hodnota hlavního měrného odporu proti pohybu běžícího zařízení

V tabulce níže q_о — zatížení nápravy, kN. Pokud rychlost pohybu V_м V_м = 10 km/h. N/kN.

Výpočet trakce kolejových strojů: kolejové stroje mají v současnosti pojezd s nápravovými skříněmi na valivých ložiskách.

Další odpor vůči pohybu stroje nebo komplexu spojený s překonáváním svahu:

kde w₂ — dodatečný specifický odpor způsobený pohybem na svahu, N/kN.

Číselně se rovná sklonu. i, vyjádřeno v tisícinách ( o /_oo). Pokud neexistují žádné zvláštní požadavky, můžete je přijmout i = 12 o /_oo.

Když se vozidlo pohybuje v zatáčce, vzniká také dodatečný odpor v důsledku klouzání párů kol valivými plochami a hřebeny, N:

kde w₃ — dodatečný specifický odpor spojený s pohybem v zatáčce, N/kN. Je určen empirickým vzorcem: w₃ = 700/R (R je poloměr křivky, m). Minimální hodnota R = 150 m pro hlavní dráhy a R = 60 m pro průmyslové dráhy.

Další odpory spojené s pracovními tělesy se určují pomocí speciálních metod pro výpočet trakčních charakteristik.

V okamžiku zahájení pohybu celkový odpor posádky, N:

kde W₄ — dodatečný odpor vůči pohybu způsobený potřebou překonat síly statického tření a setrvačné síly v okamžiku zahájení pohybu, N.

Je určeno vzorcem:

kde w₄ — dodatečný specifický odpor spojený se začátkem pohybu, N/kN. Je určen empirickým vzorcem: w₄ = 780/(q_о + 70). Zde q_о — průměrné zatížení vozidla nebo komplexu na jednu nápravu, kN.

Pokud použitý tažný prostředek umožňuje vyvinout větší tangenciální tažnou sílu, než je za daných podmínek potřeba pro pohyb stroje nebo komplexu, pak je možné realizovat intenzivnější provozní režimy (zvýšení rychlosti pohybu, zachycení většího množství materiálu pracovním prvkem atd.), a také zkrátit dobu zrychlení v dopravním režimu.

Hlavní technické vlastnosti univerzálních trakčních modulů a dieselových lokomotiv hromadných řad používaných pro trakci traťových strojů jsou uvedeny v tabulce. 2.

Tabulka 2. Hlavní technické vlastnosti univerzálních trakčních modulů a dieselových lokomotiv používaných pro trakci traťových strojů a komplexů